Физика в бою

А нельзя ли облегчить условия работы дверей при воздействии ударной волны? Оказывается, можно, если предварительно «загрузить» волну, заставить ее растратить часть энергии. Так, например, считают, что, установив во входных туннелях перегородки, которые разрушаются на пути движения волны к дверям, можно снизить действие ее на дверь, поскольку обломки перегородок блокируют проход и отсекают часть ударной волны, тем самым ослабляя ее.

Для предохранения сооружений от затекания ударной волны через отверстия, которые в обычное время открыты — воздухозаборные, выхлопные и другие, — с успехом может использоваться само свойство большой продолжительности действия ударной волны. В этом случае применяют специальные системы, состоящие из различных типов противовзрывных клапанов, лабиринтных каналов или расширительных камер.

Один из вариантов таких защитных устройств работает по следующему принципу. Ударная волна одновременно подходит к воздухозаборному отверстию и противовзрывному клапану, находящимся на некотором расстоянии друг от друга. Клапан, устроенный по типу золотника, под действием волны перемещается и успевает закрыть вентиляционный канал до того момента, как по этому каналу снаружи подойдет ударная волна. Длина канала-лабиринта выбирается с таким условием, чтобы время движения по нему не превышало времени срабатывания клапана.

Вместо лабиринта может применяться расширительная камера. В этом случае используется свойство сжатого воздуха при резком увеличении сечения канала, в котором он движется, терять скорость, а с ней плотность и давление. Расширительная камера может использоваться и в тех случаях, когда запорные клапаны пропускают в сооружение определенную часть волны. К таким клапанам относится, например, маятниковый. Он представляет собой металлический шар, подвешенный в специально изогнутом участке воздуховода или трубопровода. Под действием ударной волны шар перемещается относительно точки закрепления, запирает сферическое гнездо в воздуховоде и держит его в таком положении во время действия фазы сжатия. Когда наступает разрежение, шар отводится обратным движением воздуха. Объем расширительной камеры определяется или временем срабатывания клапана или допустимым давлением, которое может возникнуть в сооружении.

Там, где потребность в воздухе невелика, вентиляционная система может защищаться песчаными или гравийными волногасителями. В этом случае волна не отсекается, как это происходит при действии клапана, а гасится в результате многократных отражений в толще гравия или песка. По сообщениям печати, испытание таких волногасителей показало, что они способны снизить избыточные давления в ударной волне с 7 до 0,014 кг/см².

В ряде случаев, особенно при защите больших воздухозаборных отверстий, использование энергии самой ударной волны становится неэффективным. Из-за громоздкости клапанов-отсекателей, их сравнительно медленного срабатывания она успевает проникнуть в сооружение. В таких случаях на помощь приходит автоматика. Клапаны получают дистанционное управление, закрывая отверстия по сигналу специальных датчиков до прихода ударной волны.

Датчиками могут служить фотоэлектрические реле, срабатывающие при вспышке ядерного взрыва. Сигналом о взрыве могут служить и гамма-излучения. К датчикам подключаются сервомеханизмы, которые и перемещают запорные элементы клапанов. Основным недостатком систем с дистанционным управлением клапанов считается необходимость осуществления специальных мероприятий по защите электронных устройств, весьма чувствительных к различным внешним воздействиям.

Вынужденные считаться с дороговизной ядерного оружия зарубежные военные специалисты одновременно с натурными испытаниями в течение ряда лет разрабатывали методы и средства моделирования и имитации ударных волн. При этом сыграло свою роль и подписанное многими странами соглашение о запрещении некоторых видов испытаний ядерного оружия.

Изучение физических свойств ударной волны ядерного взрыва, а также законов газовой динамики, описывающих механизм образования ударных волн, — кстати, законов, хорошо известных задолго до появления атомного оружия, — позволило разработать несколько способов создания или, как еще говорят, генерирования ударных волн, близких по своим параметрам к волнам ядерного взрыва.

Наибольшее распространение для моделирования ударных волн с нужными характеристиками за рубежом получили так называемые ударные трубы. Простейшие из труб — пневматические. С них как раз и начинался наш рассказ. Как уже говорилось, в одну часть трубы, так называемую камеру высокого давления, нагнетается воздух. После разрыва диафрагмы он устремляется в трубу, генерируя ударную волну. Широко распространены трубы, в которых ударная волна создается и другим путем.

Диаметры ударных труб, созданных за рубежом, самые различные: от нескольких сантиметров до нескольких метров. Известна, например, горизонтальная ударная труба диаметром 1,8 м. Длина ее 75 м, а расчетное давление до 7 кг/см². Как сообщалось в печати, в США, близ Киртленда (штат Нью-Мексико), создается ударная труба в виде тоннеля, пробитого в горе, длиной 1 тыс. м и диаметром 6 м. В этой трубе предполагается испытывать крупные модели сооружений, а некоторые сооружения и в натуральную величину.

Следует отметить, что многие из перечисленных выше защитных устройств прошли испытания именно в ударных трубах. Однако зарубежные специалисты считают, что из-за ограниченных размеров труб с их помощью не удастся в полной мере решить сложный комплекс задач по исследованию ударных волн и их воздействия на различные объекты. Поэтому ведутся поиски способов имитации воздействия ударной волны на больших площадях. Так, например, для исследования реакции заглубленных защитных сооружений, стартовых позиций межконтинентальных баллистических ракет разработаны способы создания давления на площади в 10 тыс. м² с помощью разложенной на поверхности земли сети из детонирующего шнура. Сообщалось, что удалось достигнуть давления в ударной волне при таком способе в 21 кг/см² и больше.

Для имитации ударной волны ядерного взрыва может быть использовано и специальное устройство, излучающее импульсы мощностью 20 тыс. мегаватт в миллионные доли секунды. Этот эффект достигается подачей заряда в очень короткое время от пятнадцати параллельно включенных больших конденсаторов на мостик сопротивления, который, взрываясь, имитирует ядерный взрыв.

Мы рассмотрели только некоторые проблемы, связанные с защитой от воздействия воздушной ударной волны ядерного взрыва. Из приведенных примеров видно, что эффективные способы защиты от поражающих факторов ядерного оружия, и в частности от ударной волны, основываются на знании ее свойств и использовании физических закономерностей.

РАКЕТА И ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ

_{Инженер-полковник В. МАЛИКОВ, доцент, кандидат технических наук}

Множество самых различных движений встречаем мы на каждом шагу: вращаются колеса электровоза, упало яблоко с яблони, прочертил небо самолет… Но если внимательно присмотреться к процессам, протекающим в природе и технике, то легко подметить и выделить особую группу движений — тех, которые периодически, через равные промежутки времени, повторяются: качается маятник часов, волна за волной набегает на морской берег, четкую синусоиду (т. е. кривую линию волнистой формы, графически изображающую изменение синуса в зависимости от изменения угла) вычерчивает электронный луч на экране осциллографа. Физики давно занимаются изучением подобных процессов, и результаты их наблюдений, выводов широко используются в решении самых различных технических задач.

С разнообразными формами колебаний — электромагнитными, звуковыми, механическими и другими — сталкиваются и военные специалисты. Чтобы познакомиться подробнее с их работой в этом направлении, давайте остановимся только на механических колебаниях, многие виды которых успешно используются при создании различной военной техники и позволяют решать проблемы, связанные с повышением эффективности ее боевого применения. Вместе с тем некоторые виды механических колебаний, возникающие при эксплуатации отдельных образцов, вредны, снижают их боевые качества и требуют осуществления целого ряда специальных конструктивных и технологических мероприятий. Так, повышение дальнобойности и скорострельности наземной, и особенно зенитной, артиллерии вызвало увеличение колебаний стволов и орудий, что привело к значительному снижению кучности стрельбы. В связи с этим потребовалось усовершенствовать конструкции лафетов и стволов, чтобы снизить разброс снарядов.